用于二次电池的活性物质、用于二次电池的电极、二次电池、电池组、电动车辆、电力存储...的制作方法_4

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包括己酸甲醋、己酸 己醋、丙酸甲醋、丙酸己醋、了酸甲醋、异了酸甲醋、=甲基己酸甲醋、W及=甲基己酸己醋。 膳的实例可包括己膳、戊二膳、己二膳、甲氧基己膳、W及3-甲氧基丙膳。
[0引引除此之外,因为由此获得相似的优点,所W非水溶剂可W是例如1,2-二甲氧基己 烧、四氨快喃、2-甲基四氨快喃、四氨II比喃、1,3-二氧戊环、4-甲基-1,3-二氧戊环、1,3-二 曠烧、1,4-二曠烧、N,N-二甲基甲酯胺、N-甲基化咯烧酬、N-甲基曠挫烧酬、N,N' -二甲基 咪挫烧酬、硝基甲烧、硝基己烧、环了讽、磯酸S甲基醋、或者二甲亚讽。
[0213] 具体地,因为由此获得进一步的优异电池容量、进一步的优异循环特性、进一步的 优异的保存特性等,所W可优选为碳酸亚己醋、碳酸亚丙醋、碳酸二甲醋、碳酸二己醋、W及 碳酸甲己醋中的一种或者多种。在该种情况下,可更为优选诸如碳酸亚己醋和碳酸亚丙醋 的高粘度(高介电常数)溶剂(例如,比介电常数e> 30)与诸如碳酸二甲醋、碳酸甲己 醋、化及碳酸二己醋的低粘度溶剂(例如,粘度《ImPa's)的组合。此原因之一在于,由此 改善了电解质盐的离解性能和离子迁移率。
[0214]具体地,溶剂可优选包含不饱和环状碳酸醋、面代碳酸醋、横内醋(环状横酸醋)、 酸酢等中的一种或者多种。此原因之一在于,在该种情况下,改进了电解液的化学稳定性。 不饱和环状碳酸醋是包括一个或者多个不饱和碳键(碳碳双键)的环状碳酸醋。不饱和环 状碳酸醋的实例可包括碳酸亚己締醋、碳酸己締亚己醋、W及碳酸亚甲基亚己醋。面代碳 酸醋是具有一种或者多种面素作为组成元素的环状碳酸醋或者具有一种或者多种面素作 为组成元素的链状碳酸醋。环状面代碳酸醋的实例可包括4-氣-1,3-二氧戊环-2-酬和 4, 5-二氣-1,3-二氧戊环-2-酬。链状面代碳酸醋的实例可包括碳酸氣甲基甲醋、碳酸二 (氣甲基)醋、W及碳酸二氣甲基甲醋。横内醋的实例可包括丙烷内醋和丙締横内醋。酸酢 的实例可包括班巧酸酢、己烧二横酸酢、W及横基苯甲酸酢。然而,溶剂并不局限于上述材 料并且可w是其他材料。
[0215]例如,电解质盐可包含诸如裡盐的一种或者多种盐。然而,电解质盐可包含除裡盐 之外的盐。除裡盐之外的盐的实例可包括除裡盐之外的轻金属盐。
[0216]裡盐的实例可包括六氣磯酸裡(LiPFe)、四氣棚酸裡(LiBF4)、高氯酸裡(LiCl〇4)、六氣神酸裡(LiAsFe)、四苯基棚酸裡(LiB(Qft)4)、甲烧横酸裡(LiC&SOsKS氣甲烧横酸 裡(LiCFsSOs)、四氯侣酸裡(LiAlCL)、六氣娃酸二裡(LisSiFe)、氯化裡(LiCl)、W及漠化裡 (LiBr)。因此,获得优异的电池容量、优异的循环特性、优异的保存特性等。
[0217] 具体地,因为由此使内部电阻减少,并且由此获得更高的效果,所W可优选为 LiPFe、LiBF4、LiCl〇4、W及LiAsFe中的一种或者多种,并且可更优选为LiPFe。然而,电解质 盐并不局限于上述材料并且可W是其他材料。
[021引尽管电解质盐的含量不受具体限制,然而,因为由此获得高离子电导率,所W其相 对于溶剂的含量可优选为0. 3mol/kgW上至3.Omol/kgW下。
[0219][二次电池的操作]
[0220] 例如,二次电池可操作如下。在充电时,通过电解液使从正极21脱嵌的裡离子嵌 入到负极22中。相反,在放电时,通过电解液使从负极22脱嵌的裡离子嵌入到正极21中。
[0221] 具体地,在充电时,可优选为将充电电压(正极电势;到裡金属的标准电势)设置 为高电压。更具体地,因为由此在充电时从正极活性物质脱嵌足够量的裡,所W可优选为将 充电电压的上限设置为4. 2W上,并且可更优选为设置成4. 4VW上。然而,为了抑制正极 活性物质的分解反应,可优选为使充电电压不过分高。具体地,充电电压可优选为4. 8V或 更小,并且可更优选为4. 6V或更小。
[0222] 更具体地,当将二次电池充电至4. 2V或更高的高电压时,产生高电动势 (electromotive化rce);因此,可W与正极活性物质接触的电解液暴露于强烈的氧化环 境。在该种情况下,因为大量的裡从其中脱嵌的正极活性物质变得不稳定,所W正极活性物 质容易因金属成分的洗提而劣化,并且电解液容易被氧化分解。而且,当从正极活性物质洗 提的金属成分因还原而沉积在负极上时,则削弱了裡的嵌入和脱嵌;因此,诸如循环特性等 电池特性容易劣化。此外,当正极21上的电解液被氧化分解时,产生气体,并且形成因电解 液的分解产物而产生的涂覆膜;因此,二次电池容易膨胀,并且阻抗容易增加。
[0223]基于该一点,当正极活性物质包含上述二次电池用活性物质时,正极活性物质相 对于正极的高电动势稳定;因此,抑制了正极21与电解液之间的反应。因此,抑制了电解液 的分解反应,并且较不可能形成具有低裡离子渗透率的涂覆膜诸如,LIF。因此,当将二次电 池充电至4. 2V或更高的高电压时,实现了容量随着充电电压的增加而增加,并且确保诸如 循环特性的电池特性。
[0224] 另一方面,在放电时,可优选为将放电电压(正极电势;到裡金属的标准电势)设 置为低电压。具体地,因为在放电时可使足够量的裡嵌入在正极活性物质中,所W可优选为 将放电电压的下限设置为3. 3V或更小。然而,可优选为放电电压不过分低。更具体地,放 电电压可优选为2. 0VW上。
[0225][制造二次电池的方法]
[0226]例如,通过下列程序可制造二次电池。
[0227] 首先,制备正极21。在该种情况下,将正极活性物质(包含上述二次电池用活性物 质)与正极粘合剂、正极导电剂等混合,w制备正极混合物。随后,将正极混合物分散在有 机溶剂等中,W获得膏状正极混合浆料。随后,使用正极混合浆料涂覆正极集电体21A的两 个表面,正极混合浆料被干燥,W形成正极活性物质层21B。随后,使用漉压机等将正极活性 物质层21B压缩模制。在该种情况下,可W在加热的同时进行压缩模制,或者可W重复压缩 模制多次。
[022引此外,通过与上述正极21的程序相似的程序制备负极22。在该种情况下,将负极 活性物质与负极粘合剂、负极导电剂等混合,W制备负极混合物,随后,将负极混合物分散 在有机溶剂等中,W形成糊状负极混合浆料。随后,使用负极混合浆料涂覆负极集电体22A 的两个表面,负极混合浆料被干燥,W形成负极活性物质层22B。之后,将负极活性物质层 22B压缩模制。
[0229] 最后,使用正极21与负极22组装二次电池。通过焊接方法等使正极引线25附接 至正极集电体21A,并且通过焊接方法等使负极引线26附接至负极集电体22A。随后,通过 隔膜23介于其间的方式使正极21与负极22层压并且螺旋卷绕,并且由此制备螺旋卷绕电 极体20。之后,将中屯、销24嵌入在螺旋卷绕电极体20的中屯、处。随后,将螺旋卷绕电极体 20夹在该对绝缘板12与13之间并且容纳在电池壳11中。在该种情况下,通过焊接方法等 使正极引线25的末端附接至安全阀机构15,并且通过焊接方法等使负极引线26的末端附 接至电池壳11。随后,将电解质盐分散在溶剂中的电解液注入到电池壳11中,并且使用电 解液浸溃隔膜23。随后,通过利用垫圈17嵌塞而将电池盖14、安全阀机构15、W及PTC元 件16固定在电池壳11的开口端。
[0230][二次电池的功能与效果]
[0231] 根据圆柱型二次电池,正极21的正极活性物质层21B包含作为正极活性物质的上 述二次电池用活性物质。因此,如上所述,抑制了电解液的分解,并且使正极21的电阻降 低,并且相应地获得优异的电池特性。其他功能与其他效果与二次电池用活性物质的功能 和效果相似。
[0232] (2-2.二次电池用电极和二次电池(层压膜型裡离子二次电池))
[0233] 图4示出了另外的二次电池的分解透视构造。图5示出了沿着图4中所示的螺旋 卷绕电极体30的线V-V截取的放大截面。然而,图4示出了螺旋卷绕电极体30与两个外 部包装件40分离的状态。在下列描述中,将根据需要使用上述圆柱型二次电池的元件。
[0234][二次电池的整体构造]
[0235] 此处所描述的二次电池是所谓的层压膜型裡离子二次电池。例如,如图4所示,可 将螺旋卷绕电极体30容纳在膜状外部包装件40中。例如,在螺旋卷绕电极体30中,可通 过使隔膜35与电解质层36介于其间的方式将正极33与负极34层压并且可W螺旋卷绕。 使正极引线31附接至正极33,并且使负极引线32附接至负极34。通过保护带37保护螺 旋卷绕电极体30的最外周部。
[0236] 例如,可在同一方向上将正极引线31与负极引线32从外部包装件40的内部引出 至外部。例如,正极引线31可由诸如侣的导电材料制成,并且例如,负极引线32可由诸如 铜、镶、化及不诱钢的导电材料制成。例如,该些导电材料可W是薄板或者网孔的形状。
[0237] 例如,外部包装件40可W是其中将烙融粘合层、金属层、W及表面保护层按该顺 序层压的层压膜。例如,通过将两个层压膜层压可获得外部包装件40,W使得烙融粘合层与 螺旋卷绕电极体30相对,并且随后,与相应烙融粘合层的烙融粘合外边缘相对。然而,通过 粘附剂等可使两个层压膜彼此结合。烙融粘合层的实例可包括由聚己締、聚丙締等制成的 膜。金属层的实例可包括侣巧。表面保护层的实例可包括由巧龙、聚对苯二甲酸己二醇醋 等制成的膜。
[023引具体地,外部包装件40可优选为其中将聚己締膜、侣巧、W及巧龙膜按该顺序层 压的侣层压膜。然而,外部包装件40可W是具有其他层压结构的层压膜、诸如聚丙締的聚 合物膜、或者金属膜。
[0239]例如,可将防止外部空气侵入的粘附膜41嵌入在外部包装件40与正极引线31之 间W及外部包装件40与负极引线32之间。粘附膜41由相对于正极引线31和负极引线32 具有粘附特性的材料制成。具有粘附特性的材料的实例可包括聚締姪树脂。其更为具体的 实例可包括聚己締、聚丙締、改性的聚己締、W及改性的聚丙締。
[0240] 例如,正极33可具有位于正极集电体33A的两个表面上的正极活性物质层33B。 例如,负极34可具有位于负极集电体34A的两个表面上的负极活性物质层34B。正极集电 体33A、正极活性物质层33B、负极集电体34A、W及负极活性物质层34B的构造分别与正极 集电体21A、正极活性物质层21B、负极集电体22A、W及负极活性物质层22B的构造相似。 换言之,作为二次电池用电极的正极33的正极活性物质层33B包含作为正极活性物质的上 述二次电池用活性物质。隔膜35的构造与隔膜23的构造相似。
[0241][电解质层]
[0242] 在电解质层36中,通过高分子化合物保持电解液。因为由此获得高离子电导率 (例如,室温下为ImS/cmW上)并且防止电解液发生液漏,所W电解质层36是所谓的凝胶 电解质。电解质层36可进一步包含诸如添加剂的其他材料。
[0243] 高分子化合物包含一种或者多种聚合物材料。聚合物材料的实例可包括聚丙締 膳、聚偏氣己締、聚四氣己締、聚六氣丙締、聚氧化己締、聚氧化丙締、聚磯膳、聚硅氧烷、 聚氣己締、聚己酸己締醋、聚己締醇、聚甲基丙締酸甲醋、聚丙締酸、聚甲基丙締酸、苯己 締-了二締橡胶、了膳橡胶、聚苯己締、W及聚碳酸醋。除此之外,聚合物材料可W是共聚 物。例如,共聚物可W是偏二氣己締与六氣丙締的共聚物。具体地,因为该样的高分子化合 物具有电化学稳定性,所W可优选为聚偏氣己締或者偏氣己締与六氣丙締的共聚物,并且 可更优选为聚偏氣己締。
[0244] 例如,电解液的组成可W与圆柱型二次电池的电解液的组成相似。然而,在作为凝 胶电解质的电解质层36中,电解液的溶剂指不仅包括液体溶剂而且还包括能够离解电解 质盐的具有离子传导性材料的宽泛概念。因此,在使用具有离子传导性的高分子化合物的 情况下,溶剂中还包括高分子化合物。
[0245] 应注意,可W按原样使用电解液替代凝胶电解质层36。在该种情况下,使用电解液 浸溃隔膜35。
[0246][二次电池的操作]
[0247] 例如,二次电池可如下操作。在充电时,通过电解质层36可W使从正极33脱嵌的 裡离子嵌入在负极34中。相反,在放电时,通过电解质层36可W使从负极34脱嵌的裡离 子嵌入在正极33中。该种情况下的充电-放电条件(充电电压的上限与放电电压的下限) 与圆柱型二次电池的充电-放电条件相似。
[024引[制造二次电池的方法]
[0249] 例如,通过下列S种程序中的一种可W制造包括凝胶电解质层36的二次电池。
[0巧0] 在第一程序中,通过与正极21和负极22的程序相似的制备程序制备正极33与负 极34。在该种情况下,通过在正极集电体33A的两个表面上形成正极活性物质层33B而制 备正极33,并且通过在负极集电体34A的两个表面上形成负极活性物质层34B而制备负极 34。 随后,制备包含电解液、高分子化合物、W及诸如有机溶剂的溶剂的前体溶液。之后,使 用前体溶液涂覆正极33和负极34,W形成凝胶电解质层36。随后,通过焊接方法等使正 极引线31附接至正极集电体33A,并且通过焊接方法等使负极引线32附接至负极集电体 34A。随后,通过使隔膜35介于其间的方式将正极33与负极34层压并且螺旋卷绕,W制备 螺旋卷绕电极体30。之后,将保护带37粘附至其最外周部。随后,在将螺旋卷绕电极体30 夹在两件膜状外部包装件40之间之后,通过热烙融粘合方法等使外部包装件40的外边缘 结合,W将螺旋卷绕电极体30封闭到外部包装件40中。在该种情况下,将粘附膜41嵌入 在正极引线31与外部包装件40之间W及负极引线32与外部包装件40之间。
[0巧1] 在第二程序中,使正极引线31附接至正极33,并且使负极引线32附接至负极34。 随后,通过使隔膜35介于其间的方式将正极33与负极34层压并且螺旋卷绕,W制备作为 螺旋卷绕电极体30的前体的螺旋卷绕体。之后,将保护带37粘附至其最外周部。随后,在 将螺旋卷绕体夹在两件膜状外部包装件40之间之后,通过热烙融粘合方法等将除外部包 装件40的一边之外的外部边缘结合,并且将螺旋卷绕体容纳在袋状外部包装件40中。随 后,将电解液、作为用于高分子化合物的原材料的单体、聚合引发剂、W及诸如聚合引发剂 的其他材料混合,W制备用于电解的组合物。随后,将用于电解质的组合物注入到袋状外部 包装件40中。之后,通过热烙融粘合方法等封闭地密封外部包装件40。随后,使单体热聚 合,并且由此形成高分子化合物。因此,使用电解液浸溃高分子化合物,并且使聚合器凝胶 化,并且因此形成电解质层36。
[0巧2] 在第=程序中,通过与上述第二程序相似的方式制备螺旋卷绕体,并且将其容纳 在袋状外部包装件40中,不同之处在于,使用了利用高分子化合物涂覆两个表面的隔膜 35。 隔膜35被涂覆的高分子化合物的实例可包括包含偏二氣己締作为成分的聚合物(均 聚物、共聚物、或者多元共聚物)。均聚物的具体实例可包括聚偏氣己締。共聚物的实例可 包括包含偏二氣己締和六氣丙締作为成分的二元共聚物。多元共聚物的实例可包括包含偏 二氣己締、六氣丙締、W及=氣氯己締作为成分的=元共聚物。应注意,除包含偏二氣己締 作为成分的聚合物之外,可W使用其他的一种或者多种高分子化合物。随后,制备电介质溶 液,并且将电解液注入到外部包装件40中。之后,通过热烙融粘合方法等密闭地密封外部 包装件40的开口。随后,在对外部包装件40施加重量的同时加热生成物,并且通过高分子 化合物介于其间的方式使隔膜35粘附至正极33和负极34。因此,使用电解液浸溃高分子 化合物,使高分子化合物凝胶化,并且相应地形成电解质层36。
[0253] 在第S程序中,比第一程序中更加抑制二次电池发生膨胀。此外,在第S程序中, 与第二程序相比较,电解质层36中较不可能残留作为高分子化合物的原材料的单体、溶剂 等。因此,有利于控制高分子化合物的形成步骤。因此,获得正极33、负极34、与隔膜35、W 及电解质层36之间的充分粘附特性。
[0巧4][二次电池的功能与效果]
[0巧日]根据层压膜型二次电池,因为正极33的正极活性物质层33B包含作为正极活性物 质的上述二次电池用活性物质。因此,出于与圆柱型二次电池相似的原因,可实现优异的电 池特性。其他功能和其他效果与圆柱型二次电池的功能和效果相似。
[0256](2-3.二次电池用电极和二次电池(裡金属二次电池))
[0巧7] 此处所描述的二次电池是其中通过裡金属的析出和溶解而获得负极22的容量的 裡二次电池(裡金属二次电池)。二次电池具有与上述圆柱型裡离子二次电池相似的构造, 不同之处在于,负极活性物质层22B由裡金属形成,并且通过与圆柱型裡离子二次电池相 似的程序制造。
[0巧引在二次电池中,使用裡金属作为负极活性物质,并且由此可获得高能量密度。在组 装时,负极活性物质层22B可存在,或者在组装时,负极活性物质层22B不一定必须存在,并 且可由充电时析出的裡金属形成。此外,可W使用负极活性物质层22B作为集电体,并且由 此可省去负极集电体22A。
[0巧9] 例如,二次电池可操作如下。在充电时,从正极21释放裡离子,并且裡离子通过电 解液作为裡金属析出在负极集电体22A的表面上。相反,在放电时,裡金属作为裡离子从负 极活性物质层22B被洗提并且通过电解液嵌入在正极21中。该种情况下的充电-放电条件 (充电电压的上限与放电电压的下限)与圆柱型裡离子二次电池的充电-放电条件相似。
[0260] 根据裡金属二次电池,因为正极21的正极活性物质层21B包含作为正极活性物质 的上述二次电池用活性物质,所W出于与裡离子二次电池相似的原因,可获得优异的电池 特性。其他功能和其他效果与裡离子二次电池的功能和效果相似。应注意,此处描述的二 次电池并不局限于圆柱型二次电池,并且可W是层压膜型二次电池。
[0261] (3.二次电池的应用)
[0262] 接着,将对上述二次电池的应用例进行描述。
[0263] 只要二次电池适用于允许使用二次电池作为驱动电源、用于电力存储的电力存储 源的机器、设备、仪器、装置、系统(多个设备等的统一实体)等,则二次电池的应用不受具 体限制。用作电源的二次电池可W是主电源(优选使用的电源)或者可W是辅助电源(替 代主电源使用的电源或者从主电源切换使用的电源)。在使用二次电池作为辅助电源的情 况下,主电源类型并不局限于二次电池。
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